DK149674B - PROCEDURE FOR OPERATING A CHARGED-BODY AND CHARGED-BODY TO EXERCISE THE PROCEDURE - Google Patents
PROCEDURE FOR OPERATING A CHARGED-BODY AND CHARGED-BODY TO EXERCISE THE PROCEDURE Download PDFInfo
- Publication number
- DK149674B DK149674B DK008878AA DK8878A DK149674B DK 149674 B DK149674 B DK 149674B DK 008878A A DK008878A A DK 008878AA DK 8878 A DK8878 A DK 8878A DK 149674 B DK149674 B DK 149674B
- Authority
- DK
- Denmark
- Prior art keywords
- charge
- input
- channel
- potential well
- input signal
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 23
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 3
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000002828 effect on organs or tissue Effects 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C19/00—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
- G11C19/28—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements
- G11C19/282—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements with charge storage in a depletion layer, i.e. charge coupled devices [CCD]
- G11C19/285—Peripheral circuits, e.g. for writing into the first stage; for reading-out of the last stage
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/762—Charge transfer devices
- H01L29/765—Charge-coupled devices
- H01L29/768—Charge-coupled devices with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/76808—Input structures
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
i 149674 oi 149674 o
Opfindelsen angår en fremgangsmåde til drift af et ladningskoblet organ, hvilken fremgangsmåde er af den i krav l's indledning angivne art. Opfindelsen angår endvidere et ladningskoblet organ til udøvelse af denne frem-5 gangsmåde, og af den i krav l's indledning angivne art.The invention relates to a method for operating a charge coupled means which is of the kind set forth in the preamble of claim 1. The invention further relates to a charge-coupled means for carrying out this method and of the kind set out in the preamble of claim 1.
Et ladningskoblet organ omfatter et substrat samt elektroder, der er isoleret fra substratet. Flere fasespændinger, der påtrykkes elektroderne, danner potentialebrønde i substratet til oplagring og videreførsel af ladnings-10 signaler langs en i det ladningskoblede organ dannet kanals længderetning. Det ladningskoblede organ omfatter også en i substratet beliggende kildeelektrode. Elektrodeorganer, der er isoleret fra substratet og beliggende mellem kildeelektroden og kanalen, er indrettet til som reaktion på et 15 indgangssignal at styre indføringen af ladning fra kildeelektroden til kanalen.A charge coupled means comprises a substrate as well as electrodes isolated from the substrate. Several phase voltages applied to the electrodes form potential wells in the substrate for storing and transmitting charge signals along a longitudinal direction formed in the charge coupled member. The charge coupled means also comprises a source electrode located in the substrate. Electrode means isolated from the substrate and located between the source electrode and the channel are arranged to control the introduction of charge from the source electrode to the channel in response to an input signal.
En fremgangsmåde af den indledningsvis omhandlede art kendes fra eksempelvis US-patentskrift nr. 3.896.198.A method of the kind initially referred to is known from, for example, U.S. Patent No. 3,896,198.
I dette patentskrift er beskrevet den såkaldte "opfyld-20 nings- og overløbs-" ("fill and spill")-teknik til indførelse af ladningssignaler i et ladningskoblet organs indgangspotentialebrønde. I "opfyldnings- og overløbs-"-teknikken fyldes en indgangspotentialebrønd op på følgende måde. Først fyldes indgangspotentialebrønden ved at indlade lad-25 ningsbærere fra kilden i et antal, som er større end det, der er bestemt af indgangssignalets amplitude. I ovennævnte US-patentskrift nr. 3.986.198 svarer antallet til det antal ladningsbærere, som er nødvendigt for at fylde potentialebrønden til en effektiv dybde, som er angivet som 30 Aw1· Derpå udtømmes en del af de indførte ladningsbærere fra indgangspotentialebrønden tilbage til kilden, indtil der i indgangspotentialebrønden forbliver et antal ladningsbærere tilbage, som er bestemt af indgangssignalets amplitude. Ladningsbærere som forbliver i indgangspoten-35 tialebrønden ved dette tidspunkt fylder indgangspotentialebrønden til en mindre dybde, der er angivet som &W^. Selv 149674This patent describes the so-called "fill and spill" technique for introducing charge signals into the input potential wells of a charge coupled member. In the "fill and overflow -" technique, an input potential well is filled as follows. First, the input potential well is filled by loading charge carriers from the source in a number greater than that determined by the amplitude of the input signal. In the aforementioned U.S. Patent No. 3,986,198, the number corresponds to the number of charge carriers needed to fill the potential well to an effective depth specified as 30 Aw1. Then a portion of the introduced charge carriers is discharged from the input potential well back to the source. until a number of charge carriers remain in the input potential well, which are determined by the amplitude of the input signal. Charge carriers which remain in the input potential well at this point fill the input potential well to a lesser depth designated as & W ^. Even 149674
OISLAND
2 om antallet af ladningsbærere er bestemt af indgangssignalspændingens amplitude afhænger det ikke lineært af signalspændingens amplitude.2 whether the number of charge carriers is determined by the amplitude of the input signal voltage does not depend linearly on the amplitude of the signal voltage.
Efter at "opfyldnings- og overløbs-"-driftstrinet 5 af afsluttet, overføres alle de ladningsbærere, som er til stede i indgangspotentialebrønden, fra indgangspotentialebrønden til den første og de efterfølgende potentialebrønde i det ladningskoblede organs fortsatte kanal. Eftersom antallet af ladningsbærere, der er overført fra indgangs-10 potentialebrønden, ikke er lineært proportional med indgangssignalets amplitude, bliver det ladningskoblede or-gangs signalsvar ulineært. Eftersom hele ladningssignalet, der er tilstrækkeligt til at fylde indgangspotentialebrønden, som har en forholdsvis stor ladningskapacitet, til en 15 dybde påi^V^, overføres til den fortsatte kanals potentialebrønde, må hver af disse potentialebrønde i den fortsatte kanal også have tilstrækkelig stor ladningskapacitet til at modtage et forholdsvis stort ladningssignal, hvis overfyldning af den fortsatte kanals potentialebrønde skal undgås.After the "fill and overflow" operation step 5 is completed, all of the charge carriers present in the input potential well are transferred from the input potential well to the first and subsequent potential wells in the continued channel of the charge coupled organ. Since the number of charge carriers transferred from the input potential well is not linearly proportional to the amplitude of the input signal, the charge-coupled orbital signal response becomes non-linear. Since the entire charge signal sufficient to fill the input potential well having a relatively large charge capacity to a depth of 15 V is transmitted to the continued channel's potential wells, each of these potential wells in the continued channel must also have sufficient charge capacity to receiving a relatively large charge signal if overflow of the continued channel's potential wells is to be avoided.
20 Nærmere bestemt gælder, at et ladningskoblet or gan af ovennævnte art, der har en indgangspotentialebrønd, som er udformet i en kanal i det ladningskoblede organs substrat, har en overføringsfunktion for antallet af frembragte ladningsbærere som funktion af indgangssignalspæn-25 dingen. Denne overføringsfunktion er ved lavere indgangssignalniveauer ulineær, men er hovedsageligt lineær ved højere indgangssignalniveauer. Dette er en ulempe, især når det ladningskoblede organ skal overføre analogsignaler, eftersom ulineariteten i den nedre del af overførings-30 funktionens karakteristik fører til mærkbar forvrængning af analogsignalet ved lave signalniveauer.More specifically, a charge coupled device of the aforementioned type having an input potential well formed in a channel in the substrate of the charge coupled member has a transfer function for the number of charge carriers produced as a function of the input signal voltage. This transfer function is non-linear at lower input signal levels but is essentially linear at higher input signal levels. This is a disadvantage, especially when the charge-coupled means has to transmit analog signals, since the nonlinearity in the lower part of the characteristic of the transmission function leads to appreciable distortion of the analog signal at low signal levels.
Opfindelsens formål er at anvise en fremgangsmåde til drift af et ladningskoblet organ, hvormed ulineariteten i indgangsoverføringskarakteristikkens nedre del kan 35 afhjælpes.The object of the invention is to provide a method for operating a charge-coupled means by which the non-linearity of the lower part of the input transfer characteristic can be remedied.
149674149674
OISLAND
33
Det angivne formål opnås med en fremgangsmåde af den indledningsvis omhandlede art, som ifølge opfindelsen udmærker sig ved de i krav l*s kendetegnende del angivne foranstaltninger, samt ved hjælp af et apparat til udøvel-5 se af fremgangsmåden, hvilket apparat udmærker sig ved den i krav 3's kendetegnende del angivne udformning.The stated object is achieved by a method of the kind described in the preamble, which according to the invention is distinguished by the measures according to the characterizing part of claim 1, and by means of an apparatus for practicing the method, which is distinguished by the The design of the characterizing part of claim 3.
Da der ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen kun udskilles eller "afskummes" den del af ladningsbærerne i det ladningskoblede organs indgangspotentialebrønd, som o-10 verstiger en forspændingsladning, får en ulinearitet af indgangsoverføringskarakteristikkens nedre del ingen forvrængningsvirkning på det indførte og gennem det ladningskoblede organ overførte signal. For at kunne udnytte den fulde ladningskapacitet af de i det ladningskoblede organs 15 kanal dannede potentialebrønde og dermed opnå et forholdsvis stort dynamikområde for signalet er det fordelagtigt, hvis indgangspotentialebrøndens ladningskapacitet er større end de enkelte kanalpotentialebrøndes ladningskapaci tet. Det i krav 3 angivne ladningskoblede organ opfylder 20 denne forudsætning.Since in the method according to the invention only the part of the charge carriers in the input potential well of the charge-coupled member is separated or "foamed", a non-linearity of the lower part of the input transfer characteristic has no distortion effect on the input and through the charge-coupled means. In order to utilize the full charge capacity of the potential wells formed in the channel of the charge coupled organ 15 and thus achieve a relatively large dynamic range of the signal, it is advantageous if the charge capacity of the input potential well is greater than the charge capacity of the individual channel potential wells. The charge coupled means of claim 3 fulfills this condition.
Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser en grafisk fremstilling af antallet af frembragte ladningsbærere som funktion af indgangssig-25 nalspændingen i et på sædvandlig måde drevet indgangstrin i et ladningskoblet organ med "nedgravet" kanal, fig. 2 set ovenfra viser en indgangskreds ifølge opfindelsen, fig. 3 viser et snit efter linien 3-3 i fig. 2, 30 fig. 4 viser en grafisk fremstilling af substra tets potentiale-profiler til at lette forståelsen af, hvorledes den i fig. 2 og 3 viste kreds virker, fig. 5 viser den bølgeform-tidsstyring, der anvendes til drift af den i fig. 2 og 3 viste kreds, og 35 fig. 6a og 6b viser grafiske fremstillinger til at lette forståelsen af hvorledes den i fig. 2 og 3 viste kreds virker.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing, in which: 1 is a graphical representation of the number of charge carriers generated as a function of the input signal voltage in a seminal manner driven input stage of a "buried" channel coupled means; FIG. 2 is a top view of an input circuit according to the invention; FIG. 3 is a sectional view taken along line 3-3 of FIG. 2, 30 FIG. 4 shows a graphical representation of the potential profiles of the substrate to facilitate the understanding of how in FIG. 2 and 3, FIG. 5 shows the waveform timing used for operating the FIG. 2 and 3, and FIG. 6a and 6b show graphical representations to facilitate understanding of the manner in which FIG. 2 and 3 work.
4 14967Λ Ο4 14967Λ Ο
Det har vist sig, at når det ladningskoblede organ er af den art, der har en "nedgravet" kanal (eng. "buried channel"), medfører den ovenfor i US-patentskrift nr.It has been found that when the charge coupled means is of the nature having a "buried channel", it results in the above in U.S. Pat.
3.986.198 beskrevne driftsmåde - selv om den er forholds-5 vis støjsvag - en ulineær omsætning af indgangssignalet til ladning, sammenlignet med den signal-omsætning, der foregår i et ladningskoblet organ med kanalen på overfladen. Overføringskarakteristikken, udtrykt som antallet af frembragte ladningsbærere som funktion af signalspændingen, for 10 et typisk ladningskoblet organ med "nedgravet" N-kanal, er vist i fig. 1. Det flade område 11 foroven svarer til indgangspotentialebrøndens ladningskapacitet, og denne kan være en smule større end kapaciteten af de enkelte over-førings-potentialebrønde langs med størstedelen af det lad-15 ningskoblede organs kanal. Kapaciteten af en sådan over- førings-potentialebrønd repræsenteres af den stiplede linie 13.No. 3,986,198, although relatively quiet, discloses a non-linear conversion of the input signal to charge, compared to the signal conversion that takes place in a charge coupled means with the channel on the surface. The transfer characteristic, expressed as the number of charge carriers generated as a function of the signal voltage, for a typical charge coupled means with "buried" N-channel is shown in FIG. 1. The flat area 11 at the top corresponds to the charge capacity of the input potential well, and this may be slightly greater than the capacity of the individual transfer potential wells along most of the charge coupled member channel. The capacity of such a transfer potential well is represented by the dashed line 13.
Kurven omfatter et ulineært område ved forholdsvis lave signalniveauer - mellem V og V volt - og et 20 hovedsageligt lineært område ved forholdsvis høje signalniveauer - mellem νχ og V^. En signalniveau-ændring ΔνΐΝ1 ved et forholdsvis lavt indgangssignalniveau omsættes u-lineært til et ladningssignal i indgangspotentialebrønden, mens en signalniveau-ændring ^V.^^ ved et forholdsvis højt 25 indgangssignalniveau omsættes lineært til et ladningssignal· i indgangspotentialebrønden. Det ulineære område kan f.eks. skyldes den egenskab ved et ladningskoblet organ med "nedgravet" kanal, at den "nedgravede" kanals kapacitet varierer mere som funktion af ladningsniveauet ved la-30 vere ladningsværdier end ved højere. Der findes også mere komplekse effekter, som påvirker graden af ulinearitet.The curve comprises a nonlinear range at relatively low signal levels - between V and V volts - and a 20 linear range at relatively high signal levels - between νχ and V V. A signal level change ΔνΐΝ1 at a relatively low input signal level is converted non-linearly to a charge signal in the input potential well, while a signal level change V V ^^ ved at a relatively high input signal level is linearly converted to a charge signal · in the input potential well. The nonlinear region may e.g. due to the property of a "buried" channel coupled means, the "buried" channel's capacity varies more as a function of the charge level at lower charge values than at higher ones. There are also more complex effects that affect the degree of non-linearity.
Ved visse anvendelser, som f.eks. i forsinkelseslinier, hvori ladningskoblede organer anvendes til at forsinke analoge signaler, som f.eks. fjernsyns-video-signa-35 ler, er en driftsmåde af den ovenfor omtalte art selvsagt særdeles ufordelagtig. Det er ønskeligt, at en med et el- 5 149674 o ler flere ladningskoblede organer udstyret forsinkelseslinie indfører så lidt forvrængning som muligt i analog-sig-nalet, og for at dette skal kunne opnås, bør det ladningskoblede organé indgangskreds arbejde lineært.In certain applications, such as in delay lines in which charge coupled means are used to delay analog signals such as e.g. Of course, television video signals are a very disadvantageous mode of operation mentioned above. It is desirable that a delay line equipped with one or more charge-coupled means introduce as little distortion as possible into the analogue signal, and in order to achieve this, the charge-coupled member input circuit should work linearly.
5 Det er også vigtigt, at en forsinkelseslinie af den ovenfor omtalte art ikke optager for megen plads på halvleder-substratet. Det ladningskoblede organ er konstrueret med henblik på at dets kanalbredde og elektrodearealer er sådanne, at de potentialebrønde, der dannes som 10 reaktion på de flerfasede spændinger, kan oplagre netop så meget ladning som kan frembringes af indgangssignalet med den største forventede amplitude - dette er baseret på antagelsen af en praktisk værdi som f.eks. 10-12 volt eller deromkring af flerfaset spænding. Dersom elektrodearealer-15 ne gøres større, betyder dette at hver forsinkelseslinie med ladningskoblet organ bliver større, og dette medfører igen at der fra en enkelt skive halvledermateriale kan fremstilles et mindre antal forsinkelseslinier af denne art. Det skal her bemærkes, at i praksis fremstilles et 20 stort antal forsinkelseslinier samtidigt på den samme halv-lederskive, som derpå spaltes eller deles på en eller anden måde til frembringelse af de enkelte forsinkelseslinier. Dette medfører spild, og gør hver enkelt forsinkelseslinie dyrere. Ydermere har forsinkelseslinier med større 25 areal højere kapacitansværdier, hvad der gør det vanskeligere at anvende dem ved høje frekvenser - dvs. med højfrekvente flerfasede spændinger - og medfører desuden større effektforbrug i de kredse, der skal drive det eller de ladningskoblede organer.It is also important that a delay line of the kind mentioned above does not take up too much space on the semiconductor substrate. The charge coupled means is designed so that its channel width and electrode areas are such that the potential wells formed in response to the multi-phase voltages can store just as much charge as can be generated by the input signal with the greatest expected amplitude - this is based on the assumption of a practical value such as. 10-12 volts or so of multi-phase voltage. If the electrode areas are enlarged, this means that each delay line with charge coupled means becomes larger, and this in turn means that from a single disc semiconductor material a smaller number of delay lines of this kind can be produced. It should be noted here that in practice a large number of delay lines are produced simultaneously on the same semiconductor disk which is then split or split in some way to produce the individual delay lines. This leads to wastage and makes each delay line more expensive. Furthermore, delay lines with larger 25 area have higher capacitance values, which makes it more difficult to use them at high frequencies - ie. with high-frequency multi-phase voltages - and in addition leads to greater power consumption in the circuits that are to drive the charge-coupling device (s).
30 Fig. 2 og 3 viser en kreds ifølge opfindelsen, hvormed de ovennævnte problemer løses. Det ladningskoblede organ omfatter et siliciumsubstrat 10 af P-typen og en kildeelektrode S ved substratets overflade. Denne kildeelektrode kan udgøres af en diffusion af N-typen i substra-35 tet af P-typen. Et lag B udgøres af et tyndt lag af silicium af N-typen på overfladen af substratet 10, hvilket 149674FIG. 2 and 3 show a circuit according to the invention by which the above problems are solved. The charge coupled means comprises a P-type silicon substrate 10 and a source electrode S at the substrate surface. This source electrode may be constituted by an N-type diffusion in the P-type substrate. A layer B is constituted by a thin layer of the N-type silicon on the surface of the substrate 10, which 149674
OISLAND
6 lag B danner en P-N overgang 12 med substratet 10. Som det er velkendt inden for faget, er laget B lavere doteret end den som diffusion udformede kildeelektrode S. Det ladnings-koblede organs indgangselektroder omfatter tre portelek-5 troder G^, G2 og G3 i den nævnte rækkefølge, efterfulgt af et antal faseelektroder 14, 16, 18, 20 o.s.fr.. Disse elektroder kan f.eks. alle være dannet af poly-silicium og være af den art, der er overlappet og består af to lag. Selvsagt kan der anvendes andre materialer og udformnin-10 ger. Det ladningskoblede organs kanal, som kan være afgrænset af ikke viste kanal-stop-diffusioner, er forholdsvis bred under indgangselektroderne G^, G2 og G^, mens den afsmalner til en mindre bredde for størstedelen af det ladningskoblede organ, således som det er vist i afbrudt 15 streg i fig. 2. Denne største og ikke viste del af det ladningskoblede organ kan omfatte flere hundrede ladningskoblede trin; i én praktisk udformning har der været anvendt 500 trin med fire elektroder i hvert. I det viste udførelseseksempel kan den brede del af det ladningskob-20 lede organs kanal være dobbelt så bred som den største del af kanalen, således som det er vist ved breddeangivelserne 2w hhv. w i fig. 2.6 layer B forms a PN junction 12 with the substrate 10. As is well known in the art, layer B is doped lower than the diffusion source electrode S. The charge coupled means input electrodes comprise three gate electrodes G1, G2 and G3 in the order mentioned, followed by a number of phase electrodes 14, 16, 18, 20, etc. all are made of poly-silicon and are of the type that overlaps and consists of two layers. Of course, other materials and designs can be used. The channel of the charge coupled member, which may be bounded by channel stop diffusions not shown, is relatively wide below the input electrodes G1, G2 and G1, while tapered to a smaller width for the majority of the charge coupled member, as shown. in the interrupted line 15 of FIG. 2. This largest and not shown portion of the charge coupled means may comprise several hundred charge coupled steps; in one practical embodiment, 500 steps with four electrodes have been used in each. In the illustrated embodiment, the wide portion of the channel of the charge-coupling member may be twice as wide as the largest portion of the channel, as shown by the width indications 2w and 2b, respectively. w in FIG. 2nd
Det ladningskoblede organs virkemåde er belyst i fig. 4 og 5. Som eksempel antages det, at ved tidspunktet 25 tø er der ingen ladning til stede i potentialebrønden 26 under elektroden G2, således som antydet i fig. 4(a). På dette tidspunkt er spændingen af signalet som angivet i fig. 5 så lav, at der er en potentialebarriere 20 under deri første φ^-elektrode 14 og en lav potentialebrønd 30 22 under elektroden 16. Den lave brønd opstår, fordi elek troden 16 holdes på en forskudt jævnspænding, der er forholdsvis positiv sammenlignet med spændingen på elektroden 14. Dette er vist skematisk ved hjælp af et batteri 15. V3 er på dette tidspunkt ved et forholdsvis lavt 35 niveau, så at der er en potentialebarriere 24 under elektroden G3· V2 holdes til stadighed på et forholdsvis højt o 7 U9674 jævnspændingsniveau, så at potentialebrønden 26 er til stede under lager-elektroden Gg· Denne brønd kan betragtes som ''indgangs-"potentialebrønden. er også et jævnspændingsniveau, ihen er mindre positiv end V2. Denne spænding 5 og signalspændingen VIN tilføres elektroden G^. Som følge heraf findes der under elektroden G^ til stadighed en potentialebarriere, hvis højde er en funktion af jævnspændingsniveauet plus signalniveauet V^. Spændingen Vg er forholdsvis positiv ved tidspunktet t^, så at diffusionen 10 eller kildeelektroden S virker som et dræn for ladningsbærere.The mode of operation of the charge coupled member is illustrated in FIG. 4 and 5. By way of example, it is assumed that at time 25 th, no charge is present in potential well 26 below electrode G2, as indicated in FIG. 4 (a). At this point, the voltage of the signal as shown in FIG. 5 is so low that there is a potential barrier 20 under therein, first φ ^ electrode 14 and a low potential well 30 22 below electrode 16. The low well occurs because the electrode 16 is held at an offset DC voltage which is relatively positive compared to the voltage at electrode 14. This is shown schematically by means of a battery 15. V3 is at this time at a relatively low 35 level, so that there is a potential barrier 24 below the electrode G3 · V2 is maintained at a relatively high o DC voltage level. so that the potential well 26 is present below the storage electrode Gg · This well can be considered the "" input "potential well. is also a DC voltage level, less positive than V2. This voltage 5 and the signal voltage VIN are applied to the electrode G ^. As a result, there is a potential barrier beneath the electrode G ^, the height of which is a function of the DC voltage plus the signal level V ^. The voltage Vg is relatively positive at times. t t ^ so that the diffusion 10 or the source electrode S acts as a drain for charge carriers.
På tidspunktet t^ er spændingen Vg forholdsvis negativ, så at kildeelektroden S virker som en kilde for ladningsbærere. Disse ladningsbærere - elektroner - fylder 15 nu potentialebrønden 26 til niveauet 30.At time t ^, the voltage Vg is relatively negative so that the source electrode S acts as a source for charge carriers. These charge carriers - electrons - now fill the potential well 26 to the level 30.
På tidspunktet t2 befinder spændingen Vg sig ved sin mere positive værdi og bevirker, at kildeelektroden S virker som et dræn. Nu løber noget af den ladning, der befinder sig i brønden 26, tilbage hen over barrieren 28 20 og ind i området S. Den ladning, der er tilbage i potentialebrønden 26, omfatter én komposant, der er proportional med signalet, og en anden komposant, der er proportional med forskellen i jævnspændingsniveau mellem og V2.At time t2, the voltage Vg is at its more positive value and causes the source electrode S to act as a drain. Now, some of the charge contained in the well 26 extends back across the barrier 28 20 into the area S. The charge remaining in the potential well 26 comprises one component proportional to the signal and another component , which is proportional to the difference in DC voltage between and V2.
På tegningen er ladningen i brønden 26 skraveret på to 25 forskellige måder. En del 32 af denne ladning vil til stadighed forblive i denne brønd, og er mærket "forspænding".In the drawing, the charge in the well 26 is shaded in two 25 different ways. Part 32 of this charge will remain in this well continuously, and is labeled "bias".
Resten 34 af ladningen, der er mærket "signal", vil blive "skummet af" fra brønden og ført videre hen ad det ladningskoblede organs på hinanden følgende trin, således 30 som det skal forklares nedenfor.The remainder 34 of the charge labeled "signal" will be "skimmed" from the well and passed along the successive steps of the charge coupled member, as will be explained below.
På tidspunktet t3 er forholdsvis positiv, så at højden af barrieren 24 er væsentligt mindre end den var ved tidspunktet t2· Spændingen V^» der er tilført lagerelektroden G2, forbliver - som allerede nævnt - den 35 samme. Tillige er ved tidspunktet tg fase 1-spændingen af signalet som angivet i fig. 5 høj, så at der underAt time t3 is relatively positive, so that the height of barrier 24 is substantially smaller than it was at time t2 · The voltage V ^ applied to the storage electrode G2 remains - as already mentioned - the same. Also at the time tg is the phase 1 voltage of the signal as shown in FIG. 5 high, so that underneath
OISLAND
8 t49674 Φ^-elektroderne 14 og 16 findes potentialebrønde 36 hhv.8 t49674 Φ ^ electrodes 14 and 16, potential wells 36 are found, respectively.
38. Da elektroden 16 er forspændt mere positivt end elektroden 14, er brønden 38 under elektroden 16 dybere end brønden 36 under elektroden 14. - Det skal her indskydes, 5 at mens der med henblik på nærværende forklaring er vist et organ 15 til at tilvejebringe en spændingsforskydning mellem to elektroder for derved at frembringe en asymmetrisk potentialebrønd, kan andre udformninger også anvendes. En mulighed er at anvende en enkelt elektrode i ste-10 det for de to elektroder 14 og 16, og anbringe en passende ion-implantation under den ene af dem. Spændingen af signalet 0^ som angivet i fig. 5 har væsentligt større amplitude end spændingen ved tidspunktet t^, så at potentialet i brønden 20 er højere end - dvs. fremtræder som en 15 potentialebrønd i forhold til - potentialet i brønden 24.38. Since the electrode 16 is biased more positively than the electrode 14, the well 38 below the electrode 16 is deeper than the well 36 below the electrode 14. It should be inserted here that while for the purposes of this explanation, a member 15 is provided to provide a voltage offset between two electrodes to thereby produce an asymmetric potential well, other designs may also be used. One option is to use a single electrode instead of the two electrodes 14 and 16, and place an appropriate ion implant under one of them. The voltage of the signal 0 ^ as indicated in FIG. 5 has substantially greater amplitude than the voltage at time t 1, so that the potential of the well 20 is higher than - i.e. appears as a 15 potential well in relation to - the potential of the well 24.
Som reaktion på disse betingelser "skummes" en del af ladningen i potentialebrønden 26 af fra denne brønd og føres videre til brønden 38. Resten af ladningen, nemlig forspændings -ladningen 32, forbliver fortsat i potentiale-20 brønden 26. Den del 34 af ladningen, som tidligere befandt sig i brønden 26 og nu befinder sig i brønden 38, føres derefter hen ad det ladningskoblede organs på hinanden følgende trin af de to spændinger af signalerne <J>^ og 0^ som angivet i fig. 5 på sædvanlig måde.In response to these conditions, a portion of the charge in the potential well 26 is "foamed" from this well and passed on to the well 38. The remainder of the charge, namely the bias charge 32, remains in the potential 20 well 26. The portion 34 of the charge , which was previously in well 26 and is now in well 38, is then passed along the successive steps of the charge coupled organ by the two voltages of the signals <J> ^ and 0 ^ as indicated in FIG. 5 in the usual manner.
25 Betydningen af, at organet virker på den beskrev ne måde kan bedre forstås under henvisning til fig. 6a.The importance of the means acting in the manner described can be better understood with reference to FIG. 6a.
Denne kurve er tegnet i en mindre målestok end fig. 1 -det antages at den stiplede linie 13 svarer til det samme ladningsniveau i begge figurer, og det bemærkes, at 30 denne stiplede linie er omtrent dobbelt så langt fra nul--ladningsniveauet som den tilsvarende linie i fig. 6a -men de samme henvisningstal er anvendt til at angive indbyrdes lignende dele af kurven. Potentialebrønden 26 (fig. 4) holder til stadighed fast på forspændingsladnin-35 gen 32 (fig. 4), svarende til den stiplede linie 15 i fig.This curve is drawn on a smaller scale than FIG. 1, it is assumed that the dotted line 13 corresponds to the same charge level in both figures, and it is noted that this dotted line is about twice as far from the zero charge level as the corresponding line in FIG. 6a - but the same reference numerals are used to indicate mutually similar parts of the curve. The potential well 26 (Fig. 4) remains firmly attached to the biasing charge 32 (Fig. 4), corresponding to the dotted line 15 in Figs.
6. Denne stiplede linie svarer til begyndelsen på det for- 1496746. This dotted line corresponds to the beginning of the pre-149674
OISLAND
9 holdsvis lineære område af overføringskurven. En hvilken som helst ladning, der tilføres denne potentialebrønd som reaktion på et indgangssignal V^, medfører en i hovedsagen lineær oméætning af dette indgangssignal til ladnin-5 gen 34 (fig. 4), fordi driften nu foregår i karakteristikkens lineære område. Ydermere er udformningen en sådan, at der opnås et fuldstændigt dynamik-område. Med andre ords da indgangs-potentialebrønden - dvs. brønden under elektroden G2 - ligger i et område hvor kanalen er bred, er 10 dens kapacitet forholdsvis stor, nemlig omtrent det dobbelte af hvad der gælder for overføringsbrøndene i den største del af det ladningskoblede organ. Således har indgangsbrønden, der ligger under elektroden G2, omtrent dobbelt så stor kapacitet som en brønd, der ligger under en sådan 15 elektrode som f.eks. 42 i fig. 2 og 3. Dette betyder, at selv om potentialebrønden 26 under lagerelektroden G2 kun er til rådighed til at modtage en signalladning op til en brøkdel af sin kapacitet - det er her antaget, at når indgangssignalet har sin maksimale værdi, optager det kun 20 halvdelen af brønden, idet forspændingsladningen optager resten af den - kan den signalladning, der "skummes af" fra denne potentialebrønd 26, alligevel fylde brønden under elektroden 42 til i hovedsagen dennes fulde kapacitet ved maksimalt indgangssignalniveau. Således vil det be-25 skrevne ladningskoblede organ arbejde lineært over i hovedsagen den fulde kapacitet for overførings-potentiale-brøndene i organets "krop", og organet udviser derfor et bredere nyttigt dynamik-område.9 linearly linear area of the transfer curve. Any charge applied to this potential well in response to an input signal V 1 results in a substantially linear conversion of this input signal to the charge 34 (Fig. 4) because operation is now in the linear range of the characteristic. Furthermore, the design is such that a complete dynamic range is obtained. In other words, then the input potential well - ie. the well below the electrode G2 - is located in an area where the channel is wide, its capacity is relatively large, namely about twice that of the transfer wells in the largest portion of the charge coupled means. Thus, the input well below the electrode G2 has about twice the capacity of a well below such an electrode as e.g. 42 in FIG. 2 and 3. This means that although the potential well 26 below the storage electrode G2 is only available to receive a signal charge up to a fraction of its capacity - it is assumed here that when the input signal has its maximum value, it only occupies 20 half of the well, with the bias charge absorbing the remainder of it - the signal charge "foamed" from this potential well 26 can nevertheless fill the well below the electrode 42 to substantially its full capacity at maximum input signal level. Thus, the described charge coupled means will operate linearly over substantially the full capacity of the transfer potential wells of the "body" of the member, and the member therefore exhibits a wider useful range of dynamics.
Overføringsfunktionen for en typisk overførings-30 potentialebrønd, som f.eks. den, der ligger under elektroden 42 i fig. 2 og 3, i relation til det til elektroden G^ tilførte indgangssignal VIN, er vist i fig. 6b. Overføringsbrøndens fulde kapacitet er vist ved 13. Det bemærkes, at driften er ganske lineær over næsten hele 35 karakteristikken. - I praksis har det vist sig, at ved yderst lave niveauer af indgangssignalet optræder der en mindre ulinearitet som vist ved 17, men årsagen her- 149674 o ίο til kendes endnu ikke fuldt ud.The transfer function of a typical transfer potential well, such as e.g. that located below the electrode 42 of FIG. 2 and 3, in relation to the input signal VIN applied to the electrode G1, is shown in FIG. 6b. The full capacity of the transfer well is shown at 13. It is noted that the operation is quite linear over almost the entire characteristic. - In practice, it has been found that at extremely low levels of the input signal a less non-linearity occurs as shown at 17, but the reason for this is not yet fully known.
Den i hovedsagen lineære arbejdskarakteristik, der er beskrevet ovenfor, er opnået uden at der behøves et ekstremt stort substrat-areal. I en praktisk udformning om-5 fatter den største del af det ladningskoblede organ over 500 trin - dvs. over 2000 elektroder - og kanalbredden, elektrodearealer og substrat-arealer er uændrede for samtlige af disse trin med undtagelse af det første. Elektroderne 14, 16, 18 og 20 i dette første trin er forøgede i 10 areal, der anvendes en ekstra port-elektrode Gg, og kildeelektroden og de første to port-elektroder er forøgede i areal. Den samlede forøgelse af størrelsen for hele det ladningskoblede organ er ikke betydelig, idet det kun drejer sig om brøkdele af en procent.The substantially linear working characteristic described above is obtained without the need for an extremely large substrate area. In a practical embodiment, the major part of the charge coupled means comprises over 500 steps - i.e. over 2000 electrodes - and the channel width, electrode areas, and substrate areas are unchanged for all of these steps except the first. The electrodes 14, 16, 18 and 20 of this first step are increased in area 10, an additional gate electrode Gg is used, and the source electrode and the first two gate electrodes are increased in area. The overall increase in the size of the entire charge-coupled means is not significant, since these are only fractions of one percent.
15 Mens der med henblik på forklaringen er blevet vist en driftsmåde med to faser, vil det selvsagt kunne indses, at opfindelsen med samme virkning kan anvendes på drift med tre, fire eller flere faser. Det skal også være underforstået, at mens det viste og beskrevne lad-20 ningskoblede organ omfatter et substrat af P-typen, kan opfindelsen med samme virkning anvendes på organer med substrater af N-typen, hvori der anvendes overfladelag af P-typen og et kildeområde af P-typen. Selvsagt skal der i så fald foretages dertil svarende ændringer i driftsspæn-25 dingerne. Endvidere er det muligt at anvende andre bølgeformer end de viste typiske sådanne. I det viste eksempel har f.eks. spændingen Vg den samme form som spændingen <J>^. Imidlertid kan korrekt drift og virkemåde også opnås, dersom Vg har en anden form end V^. Vg bør være lav, når 30 Vg er lav, men Vg kan stige inden spændingen af signalet stiger.While, for the purposes of explanation, a two-phase mode of operation has been shown, it will of course be appreciated that the invention with the same effect can be applied to three, four or more phase operation. It should also be understood that while the charge coupled means shown and described comprise a P-type substrate, the invention may have the same effect on organs having N-type substrates using the P-type surface layer and a source range of the P type. Of course, in that case, corresponding changes in the operating voltages must be made. Furthermore, it is possible to use waveforms other than the typical ones shown. In the example shown, e.g. the voltage Vg the same form as the voltage <J> ^. However, proper operation and operation can also be obtained if Vg has a form other than V 1. Vg should be low when 30 Vg is low, but Vg may increase before the voltage of the signal rises.
3535
Claims (5)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US75818477A | 1977-01-10 | 1977-01-10 | |
| US75818477 | 1977-01-10 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DK8878A DK8878A (en) | 1978-07-11 |
| DK149674B true DK149674B (en) | 1986-09-01 |
| DK149674C DK149674C (en) | 1987-04-13 |
Family
ID=25050832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DK8878A DK149674C (en) | 1977-01-10 | 1978-01-09 | PROCEDURE FOR OPERATING A CHARGED-BODY AND CHARGED-BODY TO EXERCISE THE PROCEDURE |
Country Status (16)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JPS5387675A (en) |
| AU (1) | AU511885B2 (en) |
| BE (1) | BE862760A (en) |
| CA (1) | CA1101994A (en) |
| DE (1) | DE2800893C2 (en) |
| DK (1) | DK149674C (en) |
| ES (1) | ES465682A1 (en) |
| FI (1) | FI72410C (en) |
| FR (1) | FR2377127A1 (en) |
| GB (1) | GB1579033A (en) |
| IT (1) | IT1089179B (en) |
| NL (1) | NL7800272A (en) |
| NZ (1) | NZ186177A (en) |
| PL (1) | PL120630B1 (en) |
| SE (1) | SE437438B (en) |
| ZA (1) | ZA7810B (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4139784A (en) * | 1977-08-02 | 1979-02-13 | Rca Corporation | CCD Input circuits |
| US4158209A (en) * | 1977-08-02 | 1979-06-12 | Rca Corporation | CCD comb filters |
| US4217605A (en) * | 1978-08-02 | 1980-08-12 | Rca Corporation | Comb filter employing a charge transfer device with plural mutually proportioned signal charge inputs |
| JPS5528523A (en) * | 1978-08-17 | 1980-02-29 | Toshiba Corp | Signal charge input system for charge transfer element |
| DE2836473A1 (en) * | 1978-08-21 | 1980-03-06 | Siemens Ag | CCD INPUT SWITCHING AFTER THE FILL AND SPILL PRINCIPLE |
| DE3138946A1 (en) * | 1981-09-30 | 1983-04-14 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Method for operating a charge transfer device provided with a preceding low-pass filter |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3986198A (en) * | 1973-06-13 | 1976-10-12 | Rca Corporation | Introducing signal at low noise level to charge-coupled circuit |
| JPS5416838B2 (en) * | 1973-11-29 | 1979-06-25 |
-
1977
- 1977-01-04 AU AU32166/78A patent/AU511885B2/en not_active Expired
- 1977-12-21 IT IT31058/77A patent/IT1089179B/en active
- 1977-12-28 CA CA293,993A patent/CA1101994A/en not_active Expired
-
1978
- 1978-01-03 ES ES465682A patent/ES465682A1/en not_active Expired
- 1978-01-03 ZA ZA00780010A patent/ZA7810B/en unknown
- 1978-01-03 FI FI780012A patent/FI72410C/en not_active IP Right Cessation
- 1978-01-04 SE SE7800104A patent/SE437438B/en not_active IP Right Cessation
- 1978-01-05 GB GB342/78A patent/GB1579033A/en not_active Expired
- 1978-01-09 NZ NZ186177A patent/NZ186177A/en unknown
- 1978-01-09 JP JP106078A patent/JPS5387675A/en active Granted
- 1978-01-09 BE BE184205A patent/BE862760A/en not_active IP Right Cessation
- 1978-01-09 NL NL7800272A patent/NL7800272A/en not_active Application Discontinuation
- 1978-01-09 DK DK8878A patent/DK149674C/en not_active IP Right Cessation
- 1978-01-10 FR FR7800570A patent/FR2377127A1/en active Granted
- 1978-01-10 PL PL1978203913A patent/PL120630B1/en unknown
- 1978-01-10 DE DE2800893A patent/DE2800893C2/en not_active Expired
-
1980
- 1980-10-01 JP JP55138199A patent/JPS5829634B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2800893A1 (en) | 1978-07-13 |
| FR2377127A1 (en) | 1978-08-04 |
| AU3216678A (en) | 1979-07-12 |
| PL120630B1 (en) | 1982-03-31 |
| BE862760A (en) | 1978-05-02 |
| NL7800272A (en) | 1978-07-12 |
| FI780012A (en) | 1978-07-11 |
| GB1579033A (en) | 1980-11-12 |
| IT1089179B (en) | 1985-06-18 |
| JPS5387675A (en) | 1978-08-02 |
| AU511885B2 (en) | 1980-09-11 |
| DE2800893C2 (en) | 1982-10-14 |
| JPS5829634B2 (en) | 1983-06-23 |
| DK8878A (en) | 1978-07-11 |
| JPS56142670A (en) | 1981-11-07 |
| FI72410B (en) | 1987-01-30 |
| ZA7810B (en) | 1978-10-25 |
| DK149674C (en) | 1987-04-13 |
| ES465682A1 (en) | 1978-10-01 |
| SE7800104L (en) | 1978-07-11 |
| JPS5649460B2 (en) | 1981-11-21 |
| FI72410C (en) | 1987-05-11 |
| NZ186177A (en) | 1981-03-16 |
| PL203913A1 (en) | 1978-07-17 |
| FR2377127B1 (en) | 1982-04-30 |
| CA1101994A (en) | 1981-05-26 |
| SE437438B (en) | 1985-02-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| GB1377121A (en) | Charge coupled circuits | |
| SE438218B (en) | CONTROL CIRCUIT WITH A SEMICONDUCTOR SUBSTRATE IN WHICH AN ELECTRIC FLOATING AREA IS LOCATED | |
| FR2649828A1 (en) | INTEGRATED VDMOS / LOGIC CIRCUIT COMPRISING A VERTICAL DEPLETE TRANSISTOR AND A ZENER DIODE | |
| DK154384B (en) | TRANSVERSAL FILTER WITH AT LEAST ANALOGUE SHIFT REGISTER | |
| DK149674B (en) | PROCEDURE FOR OPERATING A CHARGED-BODY AND CHARGED-BODY TO EXERCISE THE PROCEDURE | |
| US4625322A (en) | Charge coupled device provided with automatic bias-voltage setting means | |
| US4084256A (en) | Sampled data analog multiplier apparatus | |
| US4122543A (en) | Non-volatile memory for fast signals | |
| CN107799581A (en) | Groove-shaped super junction and its manufacture method | |
| JPS63501394A (en) | Filling spill for charge input to CCD | |
| US3935477A (en) | Analog inverter for use in charge transfer apparatus | |
| JPH0258341A (en) | Charge coupling device | |
| US3796933A (en) | Single-phase charge-coupled semiconductor device | |
| EP0008219A1 (en) | Charge transfer apparatus | |
| US4272693A (en) | Analysis circuit for a charge coupled device | |
| US4280068A (en) | Bulk channel charge coupled device having improved input linearity | |
| US4177391A (en) | Charge transfer semiconductor device | |
| CA1079402A (en) | Signal direction change in varied charge-coupled device structures | |
| EP0241084B1 (en) | Ccd input circuit | |
| US4178519A (en) | Input circuit for charge transfer apparatus | |
| US4321584A (en) | Charge coupled digital-to-analog converter | |
| US4013897A (en) | Information signal transfer method and a charge transfer | |
| US4521896A (en) | Simultaneous sampling dual transfer channel charge coupled device | |
| US4726049A (en) | Charge-coupled device input with complementary signal-dependent charge packets | |
| JP2768736B2 (en) | Charge transfer device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PBP | Patent lapsed |